JPH11326791A - 空間光変調装置および空間光変調装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エバネセント光を利用した光スイッチング素
子などの空間光変調装置において、処理速度のさらに速
い空間光変調装置を提供する。 【解決手段】 抽出面３２を備えたスイッチング部３０
をオン状態の第１の位置からオフ状態の第２の位置、あ
るいはこの逆の方向に移動する際に、抽出面３２の向き
を傾けた状態で移動可能にする。抽出面３２の向きを傾
けた状態で移動すると、移動開始直後に生ずる空間３８
に空気１６をスムーズに導入でき、また、移動中の空気
の抵抗も少なくなるなど、スイッチング部３０の周囲の
流体との抵抗が小さくなるので移動速度が速くなり、応
答速度を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光演算、
光記憶装置、光プリンター、画像表示装置等に使用され
る光スイッチング素子（ライトバルブ）に適した空間光
変調装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光をオンオフ制御できる空間光変調装置
としては液晶を用いたものが知られている。図２５に、
その概略構成を示す。この空間光変調装置は、光スイッ
チング素子９００として実現されており、偏光板９０１
および９０８、ガラス板９０２および９０３、透明電極
９０４および９０５、液晶９０６および９０７より構成
され、透明電極間に電圧を印加することにより液晶分子
の方向を変えて偏光面を回転させ光スイッチングを行う
ものである。例えば、このような光スイッチング素子
（液晶セル）を二次元に並べて液晶パネルとして画像表
示装置を構成することが可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この液晶を用いた光ス
イッチング素子（空間光変調装置）は、高速応答特性が
悪く、たかだか数ミリ秒程度の応答速度でしか動作しな
い。このため高速応答を要求される、光通信、光演算、
ホログラムメモリー等の光記憶装置、光プリンター等に
対し液晶を用いた空間光変調装置は難しかった。また、
液晶を用いた空間光変調装置では、偏光板により光の利
用効率が低下してしまうという問題もあった。

【０００４】これらの用途に対応できる、高速動作の可
能な空間光変調装置が求められており、このため、光を
制御できるスイッチング要素を機械的に動かして高速で
変調できる空間光変調装置が開発されている。その１つ
は、マイクロミラーデバイスであり、このデバイスはミ
ラーをヨークで旋回可能に支持し、ミラーの角度を変え
て電気的または光学的な入力に対応して入射光を変調し
て出射するようになっている。

【０００５】また、反射機能あるいは透過機能を備えた
平面要素を薄膜などで保持し、その平面要素を平行に動
かして入射光を変調することが可能であり、そのような
原理に基づき空間光変調装置を構成することも可能であ
る。本願出願人が出願中の、光を全反射して伝達可能な
導光部の全反射面に対しスイッチング部の抽出面を接触
させてエバネセント光を抽出し、スイッチング部の１波
長程度あるいはそれ以下の微小な動きによって、高速で
光を変調制御可能な光スイッチング素子もその１つであ
る。このエバネセント光を利用した光スイッチング素子
は、スイッチング部を支持する弾性の薄膜と、全反射面
に対峙した平面的な抽出面の位置を静電力で制御するた
めの電極とを備えた駆動部によって駆動されるようにな
っている。駆動部により、導光部の全反射面にスイッチ
ング部の抽出面が略接触した状態になると光を抽出して
出射することができ、また、全反射面から抽出面を離す
と光は抽出されないので光は出射されない。このよう
に、エバネセント波を利用した光スイッチング素子は、
全反射面に対し抽出面の位置を微少距離移動することに
より入射光を変調することができるので、高速動作が可
能な空間光変調装置の１つとして実現化に向けて鋭意開
発が進められている。

【０００６】空間光変調装置において、動作速度をさら
に高速にすることは常に重要な課題であり、開発中のエ
バネセント光を利用した光スイッチング素子において同
様である。そこで、本発明においては、エバネセント光
を利用した光スイッチング素子のような、平面的な要素
を備えたスイッチング部を移動制御して光を変調する機
構を備えた空間光変調装置において、その動作速度をさ
らに高速化することができる空間光変調装置およびその
制御方法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明者らが上述した
ような平面的な要素を備えた光スイッチング素子の動作
を研究したところ、微少な距離を高速で移動しながら行
われるスイッチング動作においては、スイッチング部の
抽出面と全反射面との間に封入される空気あるいは不活
性ガスなどの流体の抵抗、あるいは、スイッチング部が
移動する際の抵抗が無視できない抗力となっており、こ
のような流体の抵抗を抑制することにより動作速度を大
幅に向上できることを見出した。このような流体抵抗を
低減するには、真空中で光スイッチング素子を動作させ
れば良いが、スイッチング部あるいは駆動部の周辺環境
を真空にするためには耐圧容器などの付加部材が必要と
なり大型化およびコスト高の原因となる。また、製造過
程においても、真空にするための工程が必要である。さ
らに、真空雰囲気でのみ使用可能な光スイッチング素子
では、使用中に真空雰囲気が破られると一気に性能が低
下したり、あるいは動作不能になる恐れがあるので信頼
性についても問題がある。

【０００８】そこで、本願の発明者らは、流体の抵抗を
スイッチング部の動きによって低減できるようにしてい
る。すなわち、本発明の空間光変調装置は、平面要素を
備えたスイッチング部と、このスイッチング部を平面要
素が第１の方向を向く第１の位置、およびこの第１の位
置から離れた第２の位置に移動可能な駆動手段とを有
し、この駆動手段は、スイッチング部の平面要素の向き
を、移動初期、移動中または移動末期に、第１の方向に
対し傾けることを特徴としている。まず、スイッチング
部を移動初期に傾けることにより、スイッチング部が移
動を開始するときにスイッチング部が離脱するために生
じる空間にスムーズに流体を流入させることができるの
で流体による抵抗を削減することができる。また、移動
中にスイッチング部を傾けることにより、平面要素が進
行方向に対し傾くのでスイッチング部が移動する際に受
ける流体の抵抗を削減することができる。そして、移動
末期にスイッチング部を傾けることにより、スイッチン
グ部が停止する際に閉じる空間から流体をスムーズに排
出することができるので、流体による抵抗を削減するこ
とができる。

【０００９】本発明の空間光変調装置においては、この
ようにスイッチング部の移動初期、移動中および移動末
期の少なくともいずれかに平面要素の向きを傾けること
により流体の抵抗を削減することができ、移動初期、移
動中および移動末期の全てあるいはいずれか２つの状態
で傾けることにより、さらに流体による抵抗を削減する
ことができる。したがって、スイッチング部の移動中の
抵抗が減るので、移動速度は速くなり、変調処理速度を
向上することができる。また、圧力を下げたり、あるい
は真空にしなくても流体による抵抗を削減できるので、
空間光変調装置を圧力容器化する必要もなく、通常の環
境で使用することができる。したがって、動作速度が速
く、信頼性の高い空間光変調装置を低コストで提供する
ことができる。

【００１０】特に、スイッチング部の平面要素に第１の
位置で接し、この平面要素の向きを第１の方向に規定す
る平面部材を備えた空間光変調装置においては、平面部
材によって流体の動きが制限されるので、スイッチング
部が受ける抵抗が大きくなる。さらに、移動初期あるい
は移動末期にスイッチング部を傾けることにより、第１
の位置においてスイッチング部の平面要素と平面部材と
の間に生ずる空間に流体をスムーズに流入あるいは排出
することができる。したがって、このような空間光変調
装置において本発明を適用することにより、動作速度を
大幅に向上することができる。上述したエバネセント波
を利用した空間光変調装置（光スイッチング素子は、こ
のタイプの空間光変調装置であり、本発明はエバネセン
ト波を利用した空間光変調装置に好適なものである。

【００１１】スイッチング部に対し、その重心に対し非
対称な分布を備えた駆動力を印加することにより、スイ
ッチング部を非対称な状態、すなわち、傾いた状態にす
ることができるので、移動初期、移動中あるいは移動末
期にスイッチング部を傾けることができる。非対称な分
布を備えた駆動力を印加する方法としては、スイッチン
グ部の重心を立体中心からずらすことにより、スイッチ
ング部に対し配置的には対称な分布の駆動力を、重心に
対しては非対称な状態にすることができ、これによりス
イッチング部を傾けることができる。

【００１２】また、駆動手段に、スイッチング部を弾性
的に支持する支持部材を設け、この支持部材の弾性定数
の分布を、少なくとも１部においてスイッチング部の重
心に対し非対称となるようにすることによっても、重心
に対し非対称な駆動力をスイッチング部に対し印加する
ことができる。さらに、駆動手段が、スイッチング部に
設けられた第１の電極と、この第１の電極に対峙する位
置に設けられた第２の電極とを備え、スイッチング部に
静電力を駆動力として印加できる場合は、第１または第
２の電極の形状またはそれらの間隔の少なくとも１部を
スイッチング部の重心に対し非対称な状態にすることに
より、非対称な駆動力をスイッチング部に対し印加する
ことができる。

【００１３】また、上記の第１または第２の電極をスイ
ッチング部の重心に対しそれぞれ非対称な形状の第１お
よび第２の区画に分け、これらの区画に異なったタイミ
ングで、または、異なった電圧の電力を供給することに
よっても、非対称な駆動力をスイッチング部に対し印加
することができる。

【００１４】さらに、スイッチング部は第２の位置にお
いて、第１の位置の向きに対し平行である必要はなく、
むしろ第２の位置において傾いた状態にすることによ
り、移動初期、移動中および移動末期の傾いた状態との
間でスムーズに移行することができる。したがって、さ
らに流体の抵抗を減らすことができ、動作速度を向上す
ることができる。

【００１５】第２の位置でスイッチング部を傾いた状態
にするには、駆動手段の支持部材の弾性定数をスイッチ
ング部の重心に対し非対称にしたり、第１および第２の
電極の間隔を変えたり、スイッチング部が第２の位置で
接触する支持台とスイッチング部との間隔をスイッチン
グ部の重心に対し非対称にする方法がある。

【００１６】

【発明の実施の形態】〔第１の実施の形態〕図１に、本
発明に係る空間光変調装置１０の概略構成を示してあ
る。本発明の空間光変調装置１０は、光を全反射して伝
達可能な導光部２０の全反射面２２に対し、透光性の抽
出面３２を備えたスイッチング部３０を接触させてエバ
ネセント光を抽出し導光部２０の入射光７０を導光部２
０から出力できる、エバネセント波を利用した光スイッ
チング素子である。この光スイッチング素子１０は、ス
イッチング部３０の１波長程度あるいはそれ以下の微小
な動きによって、入射光７０を高速で変調（オンオフ制
御）することができ、スイッチング部３０を駆動するた
めに静電力とばね力を用いた駆動部４０が設けられてい
る。

【００１７】光スイッチング素子の構成を更に詳しく説
明すると、光スイッチング素子は、ガラス製で入射光７
０の透過率の高い光ガイド（導光部、カバーガラス）２
０を備えており、全反射面２２で入射光７０が全反射す
るように全反射面２２に対し適当な角度で入射光７０が
入射される。そして、この全反射面２２に対し、図１
（ａ）に示すように、スイッチング部３０の抽出面３２
が全反射面２２と平行な向き（第１の方向）で接近ある
いは密着してエバネセント光を抽出できる位置（第１の
位置）になると、導光部２０から入射光７０がスイッチ
ング部３０に抽出される。本例のスイッチング部３０は
抽出された入射光７０を導光部２０にむけて反射可能な
マイクロプリズム３３を備えており、抽出された光は導
光部２０を通ってほぼ垂直な出射光７２となり出力され
る。一方、図１（ｂ）に示すように、スイッチング部３
０が第１の位置から離れて、抽出面３２が全反射面２２
から離れた位置（第２の位置）になると、入射光７０は
全反射面２２で全反射され導光部２０からエバネセント
光として抽出されない。したがって、出射光７２は得ら
れない。

【００１８】このように、本例の光スイッチング素子１
０においては、スイッチング部３０を第１および第２の
位置に移動することにより、入射光７０を出射光７２と
して変調することができる空間光変調装置である。した
がって、光スイッチング素子１０を用いて出射光７２を
オンオフ制御できるので、光スイッチング素子をアレイ
状に配置して画像表示装置を構成するなど、先に説明し
た液晶あるいはマイクロミラーデバイスなどの空間光変
調装置と同様に用いることができる。さらに、エバネセ
ント光は、スイッチング部３０を波長程度あるいはそれ
以下の距離を移動することにより制御できるので、スイ
ッチング部３０を非常に高速で動作させることが可能で
あり、動作速度の速い光スイッチング素子として実現す
ることができる。

【００１９】スイッチング部３０を駆動するために、光
スイッチング素子１０は、スイッチング部３０の下方に
光スイッチング部３０を動かす駆動部４０の層と、およ
び駆動部４０を制御する駆動用ＩＣが構成されたシリコ
ン基板（ＩＣチップ）６０の層を備えている。駆動部４
０は、スイッチング部３０のシリコン基板６０の側（下
側）３７に設けられたアドレス電極（第１の電極）４２
と、シリコン基板６０の上面にアドレス電極４２に対峙
して設けられたベース電極（第２の電極）４６とを備え
ている。そして、これらの電極４２および４６に電源部
６１から直流電力が供給され、静電力を用いてスイッチ
ング部３０を図１（ｂ）に示す第２の位置に駆動できる
ようになっている。さらに、駆動部４０は、スイッチン
グ部３０の周囲に配置されたポスト４１からスイッチン
グ部３０に延びた薄膜状で弾性のあるヨーク（支持部
材）５０および５２を備えており、これらヨーク５０お
よび５２の弾性力でスイッチング部３０を図１（ａ）に
示す第１の位置に保持できるようになっている。このよ
うに、本例の光スイッチング素子においては、駆動部４
０の電極４２および４６の間で生ずる静電力と、ヨーク
５０および５２の弾性力とのバランスによってスイッチ
ング部３０の位置を制御し、入射光７０を変調できるよ
うになっている。

【００２０】さらに、本例の光スイッチング素子１０に
おいては、ポスト４１が基板６０と導光部２０との間隔
を一定に保つスペーサとしての機能も備えており、基板
６０と導光部２０との間にスイッチング部３０が移動す
るために必要な空間が確保されている。また、ポスト４
１に対しスイッチング部３０を支持するヨーク５０およ
び５２、さらにアドレス電極４２は導電性薄膜材であ
り、例えばＡｌ膜、Ｐｔ膜およびＡｇ膜などが考えられ
るが、本例では、ボロンドープされた導電性および弾性
のあるシリコン薄膜で一体に構成されており、ヨーク５
０および５２を介してアドレス電極４２に電源部６１か
ら電力を供給できるようになっている。さらに、基板６
０の表面には、ベース電極４６と並んでスイッチング部
３０の第２の位置のポジションを決めるストッパ４８が
設けられており、第２の位置においてアドレス電極４２
がベース電極４６と直に接触して密着しないようにスト
ッパ４８の高さが調節されている。

【００２１】図２に、本例の光スイッチング素子のスイ
ッチング部３０を下から見た様子を示してある。略直方
体状の対称な形状のスイッチング部３０は、その立体中
心点（体心）１４ａに対して対称な４方向に放射状に延
びているヨーク５０および５２によりポスト４１から支
持されている。本例の光スイッチング素子においては、
体心１４ａを通り図面の上下に延びる方向に立体中心線
１４を仮定すると、この立体中心線１４の図面上の左側
の区画１２ａと右側の区画１２ｂに配置された各々２本
のヨーク５０とヨーク５２は材質および厚みは同じで、
幅が変えられており、ヨーク５０の幅Ｗがヨーク５２の
幅Ｗよりも狭くなっている。このため、駆動部４０の一
部として弾性的にスイッチング部３０を支持するヨーク
５０とヨーク５２は、その弾性力、すなわち、バネ係数
が異なり、左側の区画１２ａの弾性力が右側の区画１２
ｂの弾性力よりも弱くなる。このように、本例の光スイ
ッチング素子においては、スイッチング部３０が立体中
心線１４の左右で異なった弾性定数のヨーク（支持部
材）５０および５２で支持されている。一方、本例のス
イッチング部３０は左右の形状が対称なので体心１４ａ
と重心１４ｂの位置は一致しており、このため、スイッ
チング部３０は重心１４ｂに対し左右で非対称な弾性定
数を備えた支持部材によって支持されている。したがっ
て、この光スイッチング素子１０の駆動部４０の電極４
２および４６に電力を供給して静電力でスイッチング部
３０を駆動すると、左右でアンバランスな力がスイッチ
ング部３０に作用する。この結果、スイッチング部３０
は全反射面２２に対し水平に動かず、傾いた状態で移動
する。

【００２２】図３に、本例のスイッチング部３０が傾い
た状態で移動する様子を段階的に示してある。図３
（ａ）は図１（ａ）に示したスイッチング部３０が第１
の位置にある状態を示しており、この第１の位置では、
スイッチング部３０の抽出面３２が導光部２０の全反射
面２２に接し、第１の方向Ａ、すなわち、本例において
は図面の上方を向き、光スイッチング素子１０は出射光
を出力するオン状態になっている。この第１の位置にお
いては、駆動部４０の電極４２および４６に対して電源
部６１から電力は供給されておらず、スイッチング部３
０はヨーク５０および５２の発生する弾性力によって導
光部２０の全反射面２２に押し付けられ、抽出面３２と
全反射面２２がほぼ密着した状態となっている。

【００２３】次に、図３（ｂ）に示すように、電源部６
１をオンし、駆動部４０のアドレス電極４２とベース電
極４６に電力を供給するとこれらの電極４２および４６
の間に静電力が働きスイッチング部３０がベース電極４
６に引寄せられる。本例においては、アドレス電極４２
およびベース電極４６の面積、形状および間隔は立体中
心線１４に対し対称に分布しているので、左右対称な静
電力がスイッチング部３０に作用する。しかしながら、
静電力に対抗するように働くヨーク５０および５２の弾
性力は、上述したようにヨーク５０および５２の幅が異
なるので左右で弾性係数が異なり、発生する弾性力も異
なる。この結果、スイッチング部３０に作用する駆動力
の分布は立体中心線１４の左右で異なり、図３（ｂ）に
示したスイッチング部３０を第１の位置から第２の位置
に移動する過程の移動初期においては左側の区画１２ａ
の駆動力が右側の区画１２ｂの駆動力よりも大きくな
る。したがって、スイッチング部３０の左側の区画１２
ａの方が先に移動を開始し、これに続いて右側の区画１
２ｂが移動を開始し、移動初期において抽出面３２が第
１の方向Ａに対し傾いた状態となる。

【００２４】抽出面３２が傾いた状態で移動を開始する
と、図３（ｂ）に示すように、抽出面３２はその左側か
ら徐々に全反射面２２から剥離し、抽出面３２と全反射
面２２との間に空間３８が形成される。そして、この空
間３８にスイッチング部３０の周囲の流体、本例におい
ては空気１６が流入し、スイッチング部３０が第２の位
置に向かって第１の方向Ａと反対側の矢印Ｘの方向に移
動を開始する。そして、スイッチング部３０が移動する
と、空間３８は徐々に右側に広がりながら大きくなり、
その空間３８に徐々に空気１６が流入する。このよう
に、抽出面３２が傾いた状態で移動が開始されると、初
期に全反射面２２との間に形成される空間の体積は非常
に小さく、そこに流入する空気の量も少なくて済むので
空気抵抗は非常に小さい。これに対し、抽出面３２を第
１の方向Ａに向けて全反射面２２と平行な状態に保った
まま移動を開始すると、移動初期に抽出面３２の全体が
剥離するために形成される隙間が非常に大きくなり、流
入する空気の量も多くなる。したがって、空気の抵抗は
非常に大きい。このため、本例のように、移動初期に抽
出面３２の向きを第１の方向Ａに対し傾けることによ
り、空気抵抗を減少することが可能であり、移動初期に
おける駆動力が小さくて済み、移動が開始されるまでの
時間を短縮することができる。

【００２５】特に、本例のエバネセント光を利用した光
スイッチング素子１０においては、抽出面３２と全反射
面２２との間に若干の隙間が生じ、さらに抽出面３２の
角度が変わるとエバネセント光の抽出量が極端に低下す
ると共に出射光の方向も変わる。したがって、出射光が
所定の方向に出力されるオンの状態から出射光が出力さ
れない、あるいは出射光の方向が変わるオフの状態にす
ばやく変化する。このため、移動初期に抽出面３２の角
度を変えることにより、オン状態からオフ状態への移行
速度を非常に速くすることができる。

【００２６】スイッチング部３０は図３（ｂ）に示すよ
うに、移動中も進行方向Ｘに対し傾いた状態となる。し
たがって、移動方向Ｘに存在する流体（空気）に対し、
スイッチング部３０の底面、すなわち、アドレス電極４
２は傾いた状態で進み、空気１６はアドレス電極４２の
進行方向に対し傾いた表面に沿ってスムーズに流れ空気
抵抗は小さい。これに対し、抽出面３２を第１の方向Ａ
に保ったまま、アドレス電極４２が進行方向Ｘに垂直な
状態で移動すると、アドレス電極４２とベース電極４６
との間で空気１６を圧縮するようになるので、空気抵抗
は大きい。このように、移動中においても、スイッチン
グ部３０の抽出面３２を傾けることにより、空気抵抗を
減らすことができ、移動速度を速くすることができる。

【００２７】図３（ｄ）は、先に図１（ｂ）で説明した
スイッチング部３０が基板６０のベース電極４６にもっ
とも接近して停止した第２の状態を示しており、本例の
光スイッチング素子１０においては、この第２の位置で
スイッチング部３０の抽出面３２は第１の位置と同様の
方向Ａを向くようになっている。しかしながら、図３
（ｃ）に示すように、スイッチング部３０が停止直前の
移動末期においても、抽出面３２は第１の方向Ａに対し
傾いている。このため、アドレス電極４２とベース電極
４６との間の空間は、立体中心線１４に対し左側の区画
１２ａの側から徐々に小さくなる。したがって、アドレ
ス電極４２とベース電極４６との間の空気は空間３８が
斜めに徐々に狭くなるので、右側の区画１２ｂの方向に
スムーズに流れ、アドレス電極４２とベース電極４６と
の間から放出される。この結果、移動末期においてもア
ドレス電極４２とベース電極４６との間にある流体（空
気）１６による抵抗は非常に小さくなり、スイッチング
部３０は第２の位置にすばやく到達する。また、移動末
期においてスイッチング部３０が空気抵抗を受け難いの
で安定した位置に停止する。

【００２８】本例の光スイッチング素子１０は、電源部
６１をオフすることにより、電極４２および４６の間の
静電力がなくなるので、駆動部４０のヨーク５０および
５２の弾性力でスイッチング部３０が図３（ｄ）に示し
た第２の位置から、図３（ａ）に示した第１の位置に移
動する。この際は、右側の区画１２ｂのヨーク５２の弾
性力が左側の区画１２ａのヨーク５０の弾性力よりも大
きくなるので、スイッチング部３０に対しては右側に大
きな駆動力が作用する。したがって、抽出面３２が第１
の方向Ａに対し図面の左側に傾いた状態で移動を開始
し、図３（ａ）ないし図３（ｄ）に示した状態を逆の順
番で辿り第２の位置から第１の位置に移動する。このた
め、スイッチング部３０が第２の位置から第１の位置に
移動する際もスイッチング部３０の周囲に存在する気体
の抵抗を抑制することができ、移動速度を向上すること
ができる。このように、本発明の光スイッチング素子１
０は、オンオフ動作（変調動作）の際に、いずれの方向
に移動するときもスイッチング部３０が第1の方向Ａに
対し傾いて剥がれ始め、傾いた状態で移動し、さらに傾
いた状態から第１の方向Ａに向きながら停止する。この
ため、いずれの状態でもスイッチング部３０が受ける空
気１６の抵抗を小さくすることができ、高速で移動し、
応答速度の速い光スイッチング素子、すなわち、空間光
変調装置を提供することができる。

【００２９】図４に、本例の光スイッチング素子１０の
移動時間を、スイッチング部３０が傾かずに移動する光
スイッチング素子の移動時間と比較して示してある。図
４（ａ）は、スイッチング部３０が第１の位置から第２
の位置、すなわち、オン状態からオフ状態に切換わる際
のベース電極４６とアドレス電極４２の距離（間隔）ｄ
と、切換え所要時間（経過時間）Ｔとの関係を示してあ
る。スイッチング部３０の抽出面３２が常に第１の方向
Ａを向いて移動し、アドレス電極４２がベース電極４６
に対し常に平行に移動する場合は、スイッチング部３０
に対し以下の式（１）に示す静電力Ｆｓと、ヨーク５０
および５２の弾性力Ｆｅと、さらに、空気の抵抗力Ｆａ
が主に作用し、一点鎖線８１ａに示すようなカーブを描
いて移動する。

【００３０】Ｆｓ＝εＳＶ／ｄ・・・（１） ただし、εは流体（空気）の誘電率、Ｓは電極の面積、
ｄは電極間の距離、Ｖは電圧を示す。

【００３１】これに対し、本例の光スイッチング素子１
０においては、空気の抵抗力Ｆａが上述したように削減
されるので、静電力Ｆｓが大きくスイッチング部３０に
作用する。その結果、実線８０ａに示すように、経過時
間ＴがΔＴ１（ｔ２−ｔ１）ほど短縮され、スイッチン
グ部３０の移動速度、すなわち、応答速度が向上する。

【００３２】図４（ｂ）は、第２の位置から第１の位
置、すなわち、オフ状態からオン状態に切換わる際のス
イッチング部３０の移動経過を示してある。第２の位置
から第１の位置に移動する間は、上述したように静電力
Ｆｓは作用せず、スイッチング部３０に対してはヨーク
５０および５２の弾性力Ｆｅと、空気抵抗Ｆａが作用す
る。そして、スイッチング部３０の向きを第１の方向Ａ
に保ったまま移動する場合は、空気抵抗Ｆａが大きく作
用し、一点鎖線８１ｂのようにスイッチング部３０が移
動する。これに対し、本例の光スイッチング素子１０に
おいては、空気抵抗Ｆａが削減されているので、実線８
０ｂに示すようにΔＴ２（ｔ５−ｔ４）ほど速く移動で
きる。したがって、本例の光スイッチング素子１０は、
オンからオフに移動する速度も、オフからオンに移動す
る速度も速くなり、全体の応答速度を向上することがで
きる。

【００３３】このように、スイッチング部３０を第１の
位置から第２の位置、あるいはその逆方向に移動すると
きに、抽出面３２の向きを傾けることにより空気抵抗を
小さくし、応答速度を速くすることができる。スイッチ
ング部３０を傾けて移動するには、上記のように、スイ
ッチング部３０の重心１４ｂに対し非対称な分布の駆動
力を作用させれば良く、このため、上記では、重心１４
ｂを通る立体中心線１４に対する左右に位置するヨーク
５０および５２の幅を変えてそれぞれのヨークのばね係
数を変え、スイッチング部３０にヨーク５０および５２
から印加される左右の弾性力の分布を非対称にしてい
る。ヨークのばね係数を変える要素はヨークの幅Ｗだけ
に限定をされないことはもちろんである。例えば、図５
に、ヨーク５０および５２の厚みＵを変えて、ばね係数
を調整することができる。図５に示した例では、立体中
心線１４の左側の区画１２ａに位置するヨーク５０の厚
みＵを右側の区画１２ｂに位置するヨーク５２の厚みＵ
より薄くしてあり、上記の例と同様にヨーク５０のばね
係数がヨーク５２のばね係数よりも小さくなるようにし
ている。したがって、図５に示した光スイッチング素子
１０においても、スイッチング部３０は上記と同様に動
き、応答速度を速くすることができる。

【００３４】さらに、上記では、ヨーク５０および５２
の幅Ｗあるいは厚みＵによってヨークの断面積を変える
ことによってそれぞれのヨーク５０および５２のばね係
数を変えているが、図６に示すようにヨーク５０および
５２の材質を変えてばね係数を変えることも可能であ
る。図６に示した光スイッチング素子１０においては、
左側の区画１２ａに位置するヨーク５０と、右側の区画
１２ｂに位置するヨーク５２にばね係数の異なった材
質、例えば、ボロンドープされたシリコン膜であれば、
ボロンの濃度を変えたり、あるいは、他の不純物をドー
プすることによってばね係数を変えた部材を用いてい
る。もちろん、シリコン膜の代わりに、有機性樹脂の薄
膜などをばね係数の異なるヨークの材料として採用する
ことも可能である。

【００３５】また、図７に示すように、一方のヨークに
材質の同じ薄膜、あるいは材質の異なる薄膜を貼り付け
ることによっても左右のヨーク５０および５２のばね係
数を変えることができる。図７に示した光スイッチング
素子１０においては、右側の区画１２ｂに位置するヨー
ク５２を材質の異なる２つの層５２ａおよび５２ｂによ
って形成しており、他方の区画１２ａに位置するヨーク
５０は１つの材質によって形成している。このような方
法によっても左右に配置されたヨーク５０および５２の
ばね係数を調整することが可能であり、上述したよう
に、スイッチング部３０を傾いた状態で移動させること
ができる。

【００３６】さらに、上記では、ヨーク５０および５２
のばね係数を変えることにより、スイッチング部３０に
印加される弾性力の分布を非対称にしているが、ヨーク
５０および５２の配置を左右で変え、スイッチング部３
０の重心１４ｂの周囲のばね常数の分布を非対称にする
ことも可能である。

【００３７】図８は、先に説明した図２に対応する図面
であり、本例の光スイッチング素子１０においては、立
体中心線１４の左側の区画１２ａに１本のヨーク５０を
配置し、右側の区画１２ｂに２本のヨーク５２を配置し
てある。このようなヨーク５０および５２の配置を採用
すると、右側の区画１２ｂの方がヨーク５２の本数が多
く、弾性力が大きくなる。したがって、左右の弾性力の
分布がアンバランスになるので、上述した例と同様にス
イッチング部３０は第１の位置の向き（第１の方向）に
対し傾いた状態で移動し、空気抵抗を小さくすることが
できる。

【００３８】図９には、立体中心線１４の左側の区画１
２ａにはヨークを配置せず、右側の区画１２ｂにのみヨ
ーク５２を配置してスイッチング部３０を支持した例を
示してある。この光スイッチング素子１０においては、
スイッチング部３０が右側の区画１２ｂでのみ弾性的に
支持されるので、立体中心線１４に対し非対称な駆動力
がスイッチング部３０に作用する。したがって、上記と
同様に移動の初期、間および末期においてスイッチング
部３０は傾いた状態となり、移動中の空気抵抗を削減で
きので、応答速度の速い光スイッチング素子１０を提供
することができる。

【００３９】なお、上記においては、図１（ｂ）あるい
は図３（ｄ）に示すように、スイッチング部３０がベー
ス電極４６にもっとも近づいた第２の位置においてアド
レス電極４２とベース電極４６が平行になり、抽出面３
２が第１の位置の向きＡと略同じ方向を向いて停止する
例を示してある。しかしながら、第２の位置において抽
出面３２が第１の方向Ａに対し傾いた状態とすることも
有効である。

【００４０】図１０は、スイッチング部３０が移動末期
に傾いた状態となり、そのままの状態でヨーク５２の弾
性力Ｆｅと、電極４２および４６によって生ずる静電力
Ｆｓとがつりあい停止する例を示してある。すなわち、
本例の光スイッチング素子１０のヨーク５０および５２
は、左側の区画１２ａのヨーク５０のばね係数が、右側
の区画１２ｂのヨーク５２のばね係数よりも小さく、静
電力Ｆｓが働いたときに、左側の区画１２ａにおいては
スイッチング部３０のアドレス電極４２がベース電極４
６の近傍に達しストッパ４８で停止しているのに対し、
右側の区画１２ｂではアドレス電極４２がベース電極４
６の近傍に達しないところで力がつりあっている。した
がって、スイッチング部３０は傾いた状態で停止してい
る。

【００４１】このような傾いた状態で停止していると、
移動末期に傾いた状態からアドレス電極４２がベース電
極４６と平行な位置になるまで移動する時間を省くこと
ができ、また、逆に移動初期にアドレス電極４２がベー
ス電極４６から傾いた状態で剥離する時間も省くことが
できる。さらに、第２の位置では、抽出面３２の向きが
全反射面２２と平行である必要はなく、光スイッチング
素子（空間光変調装置）としての性能上はまったく問題
がない。そして、スイッチング部３０は移動を開始する
とすでに傾いた状態になっているので、空気抵抗が少な
くでき高速に移動できる。このように、第２の位置にお
いてスイッチング部３０を傾いた状態にすると、移動中
の空気抵抗を削減できると共に、スイッチング部３０の
姿勢を変える時間も省くことが可能であり、さらに応答
時間を短縮し、非常に高速で動作可能な光スイッチング
素子を提供することができる。

【００４２】図１１に示した光スイッチング素子１０
も、第２の位置においてスイッチング部３０が傾いた状
態で停止するようになっている。このため、本例の光ス
イッチング素子においては、第２の位置でスイッチング
部３０を支持する左右のストッパ４８ａおよび４８ｂの
高さを変え、スイッチング部３０の立体中心線１４の左
右でスイッチング部３０の移動可能な間隔を非対称にし
ている。このように高さの異なるストッパ４８ａおよび
４８ｂを設けることにより、スイッチング部３０のアド
レス電極４２の右側の部分は、先にストッパ４８ｂに当
たって停止し、傾いた状態となる。したがって、ヨーク
５０および５２あるいは電極４２および４６が左右対称
な分布となっていても第２の位置ではスイッチング部３
０は傾いた状態となり、この状態から移動開始すると
き、あるいはこの状態に停止する移動末期における空気
の抵抗を少ないすることができる。したがって、スイッ
チング部３０の移動時間を短縮でき、応答速度の速い光
スイッチング素子を提供することができる。なお、上記
に示した例でも同様であるが、これらのストッパ４８ａ
あるいは４８ｂは、アドレス電極４２がベース電極４６
に直に接触するのを防止する度当たりとなり、それぞれ
の電極が接触して短絡したり、あるいは、電荷による吸
着が発生してはがれなくなるのを防止する機能も備えて
いる。

【００４３】図１２には、ベース電極４６の一方の側に
のみストッパ４８ｃを設けた光スイッチング素子１０を
示してある。上記のように、ストッパ４８の高さをスイ
ッチング部３０の重心（立体中心線）の左右で非対称に
する代わりに、ストッパ４８の配置を立体中心線１４の
左右で非対称にすることによっても、第２の位置でスイ
ッチング部３０を傾いた状態で停止できる。ストッパ４
８の分布を非対称にする場合は、アドレス電極４２とベ
ース電極４６が接触する可能性があるので、本例におい
ては、アドレス電極４２の外面を絶縁部材の層４９でコ
ーティングしてアドレス電極４２とベース電極４６が直
に接触することがないようにしている。

【００４４】〔第２の実施の形態〕以上の例では、スイ
ッチング部３０に対し、その重心に対し非対称な駆動力
を作用させ、スイッチング部３０を傾けた状態で移動す
るために、ヨーク５０あるいは５２のばね係数、配置な
どを変えて重心に対する弾性力の分布を制御している
が、逆に、スイッチング部３０の重心１４ｂの位置を非
対称な位置に移動することによって重心１４ｂの周りの
駆動力の分布を非対称にすることも可能である。

【００４５】図１３に、スイッチング部３０の立体中心
線１４の左側の区画１２ａに重り（バランサ）３１を追
設して重心１４ｂを左側の区画１２ａに移設した光スイ
ッチング素子１０を示してある。なお、本実施の形態お
よび以下に示す実施の形態において、上述した実施の形
態と共通する部分については同じ符号を付して説明を省
略する。本例の光スイッチング素子１０においては、重
心１４ｂが体心１４ａを通る立体中心線１４から左側に
ずれているので、左右の区画１２ａおよび１２ｂの質量
が異なる。したがって、スイッチング部３０が鉛直方向
に移動するように配置されているのであれば、この左右
の区画１２ａおよび１２ｂの質量の相違は、重力加速度
の相違、すなわち重量相違として作用する。このため、
左右の区画１２ａおよび１２ｂに同じ弾性力Ｆｅおよび
静電力Ｆｓが作用しても左の区画１２ａが重いので上記
の実施の形態と同様にスイッチング部３０は傾いて移動
する。一方、スイッチング部３０が水平方向に移動する
ように配置されているのであれば、弾性力Ｆｅおよび静
電力Ｆｓの作用する質量が相違するので、移動するとき
の加速度が異なる。したがって、この場合でもスイッチ
ング部３０は傾いた状態で移動する。

【００４６】このように、本例の光スイッチング素子１
０においても、スイッチング部３０は移動初期、移動中
および移動末期において傾いた状態で移動するのでスイ
ッチング部３０の周囲の流体（多くは空気であり、もち
ろん窒素などの不活性気体であってももちろん良い）か
ら受ける抵抗力を削減することができる。したがって、
上記の実施の形態と同様に応答速度のさらに速い光スイ
ッチング素子を提供することができる。

【００４７】〔第３の実施の形態〕さらに、静電力Ｆｓ
の分布を調整してスイッチング部３０に対する駆動力の
分布を重心１４ｂに対し非対称にすることも可能であ
り、これによりスイッチング部３０を傾けて移動させる
ことができる。静電力Ｆｓは、先に式（１）で示したよ
うに、電極の面積Ｓおよび電圧Ｖに比例し、電極間の距
離ｄに反比例するので、これらの要素のいずれかについ
て、その重心１４ｂの周りの分布を非対称にすることに
より非対称な静電力を得ることができる。

【００４８】図１４は、先に示した図２に対応する図面
であり、スイッチング部３０の下面３７に設けられたア
ドレス電極４２の形状を立体中心線１４の左右でアンバ
ランスにして重心１４ｂに対し非対称な静電力Ｆｓが得
られるようにしている。すなわち、本例のアドレス電極
４２は、左側の区画１２ａの面積が右側の区画１２ｂの
面積に対して広いほぼ台形状となっている。したがっ
て、左側の区画１２ａで発生する静電力が右側の区画１
２ｂで発生する静電力より大きい。このため、スイッチ
ング部３０を静電力を用いて第１の位置から第２の位置
に移動するときに静電力の大きな左側の区画１２ａが先
に移動を開始し、その結果、スイッチング部３０は上記
の実施の形態と同様に傾いた状態で移動する。一方、第
２の位置から第１の位置に移動するときは、本例の光ス
イッチング素子１０では静電力が作用しないのでヨーク
５０および５２による弾性力が左右の区画で一定である
とすると略平行な状態でスイッチング部３０は移動す
る。

【００４９】なお、アドレス電極４２の形状をスイッチ
ング部３０の底面３７の形状から変えると、アドレス電
極４２に対し電力を供給する役目を兼ね備えたヨーク５
０および５２との電気的な接続が取り難くなる。このた
め、本例においては、スイッチング部３０の底面３７の
縁にそって接続用の電極４２ｔを設けてアドレス電極４
２とヨーク５２とを電気的に接続している。

【００５０】図１５に、立体中心線１４の左右の区画１
２ａおよび１２ｂでアドレス電極４２の面積を変えた異
なった例を示してある。本例の光スイッチング素子１０
においては、アドレス電極４２がほぼＴ字型となってお
り、左側の区画１２ａに底面３７よりやや大き目のほぼ
長方形状のアドレス電極４２ａが設けられ、これに接続
するように、右側の区画１２ｂにはそのほぼ中央に左側
の電極４２ａの半分程度の面積で方形のアドレス電極４
２ｂが設けられている。本例に限らず、アドレス電極４
２がスイッチング部３０の立体中心線１４対し非対称で
面積が異なるような形状であれば、左右の区画１２ａお
よび１２ｂで生ずる静電力の大きさが異なるので、上記
のようにスイッチング部３０を傾いた状態で駆動するこ
とができる。したがって、空気抵抗が少なく、応答速度
の速い光スイッチング素子を提供することができる。も
ちろん、アドレス電極４２の代わりに、ベース電極４６
の形状を変えることも可能であり、あるいは両方の電極
４２および４６の形状を非対称にして静電力の分布を非
対称にすることも可能である。

【００５１】図１６に、アドレス電極４２あるいはベー
ス電極４６の形状を非対称にする代わりに、アドレス電
極４２およびベース電極４６との間隔ｄを立体中心線１
４に対し非対称にした例を示してある。本例の光スイッ
チング素子１０においては、左側の区画１２ａのアドレ
ス電極４２ａの厚みに対し、右側の区画１２ｂのアドレ
ス電極４２ｂの厚みが大きくなっている。したがって、
スイッチング部３０がオン状態の第１の位置に居るとき
は、右側の区画１２ｂのアドレス電極４２ｂとベース電
極４６の間隔ｄが、左側の区画１２ａの間隔ｄよりも狭
くなっている。このため、アドレス電極４２およびベー
ス電極４６に電力が供給されると、右側の区画１２ｂの
静電力の方が左側の区画１２ａの静電力よりも大きくな
る。したがって、本例の光スイッチング素子において
は、スイッチング部３０が第１の位置から第２の位置に
移動するときは、上記の実施の形態と異なり、右側の区
画１２ｂの側から剥離して傾いた状態で移動を開始す
る。

【００５２】一方、第２の位置に到達した移動末期にお
いては、厚みの大きな右側のアドレス電極４２ｂの方が
先にベース電極４６に当たり、次に左側のアドレス電極
４２ａがベース電極４６に当たって停止する。このた
め、移動開始のときとは異なった向きに傾いてスイッチ
ング部３０は停止する。さらに、この第２の位置から第
１の位置に移動するときは、静電力が切られるので、ヨ
ーク５０および５２の弾性力によってスイッチング部３
０が移動する。この際、第２の位置においてスイッチン
グ部３０は傾いた状態になっているので、移動初期およ
び移動中も傾いたままとなり、さらに、第１の位置に到
達すると、スイッチング部３０の抽出面３２が導光部２
０の全反射面２２に当たる。このため、抽出面３２の向
きは傾いた状態から全反射面２２に密着する向きに方向
を変え、オン状態となる。

【００５３】このように、本例の光スイッチング素子１
０は、移動初期、移動中および移動末期において傾いた
状態となり、さらに、第２の位置においても傾いた状態
で停止する。したがって、移動速度が速く、オンオフの
移動期間も短くなり、応答速度の速い光スイッチング素
子を提供することができる。

【００５４】なお、本例においては、アドレス電極４２
の厚みを左右で変えて、アドレス電極４２がベース電極
４６に当たって停止するようにしている。このため、直
にアドレス電極４２とベース電極４６が接触すると短絡
などの問題があるので、アドレス電極４２を絶縁部材４
９でコーティングして直に接触するのを防いでいる。

【００５５】図１７に、アドレス電極４２の代わりに、
ベース電極４６の厚みを変えた例を示してある。本例の
光スイッチング素子１０においては、立体中心線１４の
左側の区画１２ａのベース電極４６ａの厚みに対し、右
側の区画１２ｂのベース電極４６ｂの厚みを大きくして
ある。したがって、図１６に基づき説明した例と同様
に、スイッチング部３０が第１の位置にあるときは、右
側の区画１２ｂのベース電極４６とアドレス電極４２の
間隔ｄが左側の区画１２ａよりも短くなり、より大きな
静電力が発生する。このため、上記の例と同様にスイッ
チング部３０は傾いて移動を開始する。

【００５６】一方、第２の位置でスイッチング部３０が
停止するときは図１７に示してあるように、ベース電極
４６の高さが左右で異なるので、このベース電極４６に
スイッチング部３０が当たって傾いた状態で停止する。
このため、第２の位置から第１の位置に移動するとき
は、本例でもスイッチング部３０は傾いた状態で移動
し、いずれの方向でも空気による抵抗を削減し応答速度
を改善することができる。

【００５７】〔第４の実施の形態〕上記の例では、電極
４２および４６の面積あるいは間隔を変えて静電力の分
布を非対称にしているが、さらに、静電力を印加するタ
イミングを変えることにより、スイッチング部３０の重
心に対し非対称な分布を持った駆動力を作用させること
ができる。

【００５８】図１８に、立体中心線１４の左右の区画１
２ａおよび１２ｂで静電力を印加するタイミングを変え
られるようにアドレス電極４２を左右４２ａおよび４２
ｂに分割した光スイッチング素子１０を示してある。本
例においては、アドレス電極４２が立体中心線１４に沿
って２つの電極４２ａおよび４２ｂに分割されており、
ここの電極４２ａおよび４２ｂは立体中心線１４に対し
非対称な形状になっている。したがって、ここの電極４
２ａおよび４２ｂに別々のタイミングで電力を供給する
ことにより、立体中心線１４に対し非対称な分布を持つ
駆動力をスイッチング部３０に作用させることができ
る。

【００５９】図１９および図２０に、本例の光スイッチ
ング素子１０の動作を示してある。また、図２１に、そ
れぞれの電極４２ａおよび４２ｂに電力を供給する電源
部６１ａおよび６１ｂの動作（制御）をタイミングチャ
ートを用いて示してある。まず、図１９（ａ）に示すよ
うに、左右のアドレス電極４２ａおよび４２ｂに電源部
６１ａおよび６１ｂから電力が供給されていないとき
は、駆動部４０のヨーク５０および５２によってスイッ
チング部３０は抽出面３２が全反射面２２に密着したオ
ン状態（第１の位置）となっている。

【００６０】次に、時刻ｔ１１に電源部６１ａのスイッ
チが入り、左側の区画１２ａのアドレス電極４２ａに電
力が供給されると、左側の区画１２ａでは静電力が作用
する。時刻ｔ１２に静電力が適当な力に達すると、図１
９（ｂ）に示すように、スイッチング部３０は傾いた状
態で移動を開始し、抽出面３２が全反射面２２に対し斜
めになって隙間（空間）３８が形成されオフ状態とな
る。この空間３８は徐々に大きくなるので空気１６がス
ムーズに流入し、空気抵抗が少ない状態でスイッチング
部３０の移動が速やかに進む。

【００６１】時刻ｔ１１から時間Ｔ１０だけ遅れた時刻
ｔ１３に右側の区画１２ｂのアドレス電極４２ｂに電力
を供給する電源部６１ｂがオンすると、右側の区画１２
ｂでも静電力がスイッチング部３０に作用する。この結
果、図２０（ａ）に示すように、スイッチング部３０は
適当な角度に傾いた状態で右側の部分にも剥離力が作用
して、角度を保った状態で第２の位置に向かって移動を
行う。この移動中もスイッチング部３０は、移動方向に
対して傾いた状態となっているので、空気抵抗は少な
く、高速で移動することができる。あるいは、所定を応
答速度を得るために必要な静電力が小さくて良いので、
光スイッチング素子１０を駆動するために必要な電力消
費を少なくすることができるという効果もある。

【００６２】図２０（ｂ）に示すように、スイッチング
部３０がベース電極４６に接近して停止する第２の位置
に達すると、図２０（ａ）から図２０（ｂ）に移行する
移動末期においてスイッチング部３０が傾いた状態から
略平行な状態になり、ベース電極４６とアドレス電極４
２との間の空気もスムーズに排出される。このように、
本例の光スイッチング素子１０においても、移動初期、
移動中および移動末期においてスイッチング部３０が傾
いた状態となるので、応答速度をさらに向上でき、ある
いは、光スイッチング素子の駆動電力を低減することも
可能となる。

【００６３】スイッチング部３０が第２の位置から第１
の位置に移動する際も、時刻ｔ１４に右側の区画１２ｂ
のアドレス電極４２ｂに対する電力供給を遮断すると、
右側の区画１２ｂの静電力がなくなるので、ヨーク５２
の弾性力によってスイッチング部３０が傾いた状態で移
動を開始する。そして、それから時間Ｔ１１遅れた時刻
ｔ１５に左側の区画１２ａのアドレス電極４２ａに対す
る電力供給も遮断すると、スイッチング部３０は適当な
角度に傾いた状態で第２の位置から第１の位置に移動す
る。そして、時刻ｔ１６にスイッチング部３０が第１の
位置に到達し、抽出面３２が全反射面２２に平行で密着
した状態になると、本例の光スイッチング素子１０は、
入射光を出射光として変調して出力するオン状態にな
る。

【００６４】このように、本例、および上記の実施の形
態で説明した光スイッチング素子１０は、オンからオ
フ、そしてオフからオンと空気中あるいは不活性ガス中
などの流体中で高速で動かすことが可能であり、真空に
しなくても応答速度が速い、あるいは低消費電力の空間
光変調装置を実現できる。

【００６５】図２２および図２３に、ベース電極４６を
左右に分割した例を示してある。また、これらの左右に
分割したベース電極４６ａおよび４６ｂに対し、タイミ
ングおよび電圧Ｖを変えて電力を供給する様子を図２４
のタイミングチャートを用いて示してある。図２２
（ａ）に示すように、本例の光スイッチング素子１０に
おいては、ベース電極４６が立体中心線１４の左右の区
画１２ａおよび１２ｂの電極４６ａおよび４６ｂに分離
され、互いに絶縁されており、電源部６１から個別に制
御することにより双方の区画１２ａおよび１２ｂで生じ
る静電力を制御することができるようになっている。こ
のため、電源部６１は、左側のベース電極４６ａに接続
されている電源ユニット６２と、右側のベース電極４６
ｂに接続されている電源ユニット６３を備えており、さ
らに、これらの電源ユニット６２および６３からそれぞ
れの電極４６ａおよび４６ｂに供給される電圧を制御す
ることができるコントロールユニット６６を備えてい
る。本例の光スイッチング素子１０も上記の例と同様
に、電極４２および４６に電力が供給されていない状態
では、ヨーク５０および５２の弾性力によってスイッチ
ング部３０は第１の位置にあり、オン状態となってい
る。

【００６６】時刻ｔ２１に、電源ユニット６２から左側
のベース電極４６ａに電圧Ｖ１の電力が供給され、電源
ユニット６３から右側のベース電極４６ｂに電圧Ｖ２の
電力が供給される。この際、左側の電極４６ａに供給さ
れる電圧Ｖ１の値を、右側の電極４６ｂに供給される電
圧Ｖ２よりも高く設定しておくことにより、スイッチン
グ部３０の左側の区画１２ａで右側の区画１２ｂよりも
大きな静電力が作用する。その結果、スイッチング部３
０の重心１４ｂに対し左右で非対称な駆動力が働くの
で、図２２（ｂ）に示すように、スイッチング部３０が
回転しながら移動を開始し、抽出面３２が傾きながら左
側の区画１２ａの側から剥がれ始める。したがって、本
例の光スイッチング素子１０においても上記の各実施の
形態と同様に空気抵抗が少なく、スムーズにスイッチン
グ部３０を移動させることができる。

【００６７】さらに、時刻ｔ２２に、コントロールユニ
ット６６により、電源ユニット６２および６３から左右
のベース電極４６ａおよび４６ｂに略同じ電圧Ｖ３の電
力を供給するようにすると、図２３（ａ）に示すよう
に、適当な角度までスイッチング部３０が回転した状態
でスイッチング部３０が第２の位置まで移動する。そし
て、図２３（ｂ）に示すようにアドレス電極４２がスト
ッパ４８ｅに当たり、第２の位置で停止する。この移動
末期においても、上記の各実施の形態と同様にスイッチ
ング部３０は傾いた状態から平行な状態に回転し、その
間の空間の空気を速やかに排出して停止する。また、本
例の光スイッチング素子１０においては、ベース電極４
６ａおよび４６ｂは、ストッパとなる部分４８ｅが突出
した非平坦な形状に加工されており、アドレス電極４２
がベース電極４６ａあるいは４６ｂに密着しないように
なっている。

【００６８】さらに、スイッチング部３０を第２の位置
から第１の位置に移動するときは、図２４に示したよう
に時刻ｔ２３に右側のベース電極４６ｂに対する電力供
給を遮断し、左側のベース電極４６ａに対する電力を徐
々に低下させることができる。これにより、右側の区画
１２ｂにおいては、ヨーク５２の弾性力によってスイッ
チング部３０がすぐに移動を開始し、これに対し、左側
の区画１２ａにおいては、ベース電極４６ａとアドレス
電極４２との間に静電力が作用し、徐々にその力が低下
していくようになる。したがって、スイッチング部３０
は第２の位置から移動を開始するときも適当な角度まで
回転し、傾いた状態になった後に第１の位置に向かって
移動する。したがって、第２の位置から第１の位置に移
動する際も、空気抵抗が低減され、高速でスイッチング
部３０を動かすことができる。

【００６９】以上に説明した光スイッチング素子１０
は、入射光をオンオフ制御可能な空間光変調装置として
の機能を備えており、これらの光スイッチング素子１０
を単体で利用することはもちろん可能であり、さらに、
アレイ状に配置して画像表示装置はもちろん、光通信、
光演算、光記録などの多種多様な分野に応用することが
できる。そして、スイッチング部を移動する際にオン状
態の向きから傾けることにより、スイッチング部の周囲
の流体から受ける抵抗を大幅に低減することができる。
このため、通常の空気中あるいは不活性ガス中などの雰
囲気で本発明の空間光変調装置は使用することが可能で
あり、高速動作が可能で、応答速度が速く、さらに信頼
性の高い空間光変調装置を得ることができる。また、逆
に、流体の抵抗を小さくできるので、空間光変調装置を
駆動するための電力消費を低減することができる。

【００７０】なお、以上の例では、エバネセント波を利
用した光スイッチング素子を例に本発明を説明している
が、スイッチング部の抽出面に変わる平面要素を動かす
ことにより干渉特性を変化させて入射光を変調したり、
偏光方向あるいは反射光の位相を変化させるなどのさま
ざまなタイプの空間光変調装置に本発明を適用できるこ
とはもちろんである。

【００７１】また、以上の例では、薄膜材からなるヨー
クを弾性材として用いた例を説明しているが、もちろ
ん、コイルばねなどの他の形状の弾性材を採用すること
も可能である。また、弾性材を用いずに、電極の組み合
わせを増やしたり、あるいは静電力の向きを適当に変え
ることによってもスイッチング部を第１の位置と第２の
位置の間で移動する駆動力を得ることができ、その駆動
力を非対称な状態にすることによりスイッチング部を傾
けて移動させることができる。そして、上記にて開示し
たようなさまざまな効果を得ることができる。さらに、
静電力に代わり、ピエゾ素子などの圧電素子を駆動源と
して用いることももちろん可能であり、この圧電素子の
配置、動きなどを非対称にすることにより上記と同等の
効果を得ることができる。

【００７２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の空間光
変調装置は、入射光を変調可能な平面要素を備えたスイ
ッチング部を第１の位置から第２の位置に移動する際
に、平面要素の向きを第１の位置における第１の方向か
ら傾いた状態にするようにしている。そして、移動初
期、移動中あるいは移動末期の少なくともいずれかに傾
いた状態にすることにより、スイッチング部の周囲に存
在する空気あるいは不活性ガスなどの流体から受ける抵
抗を低減することができる。このため、スイッチング部
を移動する際の抗力が減り、静電力などを用いて、さら
に高速でスイッチング部を動かすことができ、応答時間
が短く、応答速度の早い空間光変調装置を提供すること
ができる。また、抗力が低減されるので、逆に、消費電
力を低減することも可能となる。そして、空気中などの
一般的な環境条件で応答速度の速い空間変調装置を提供
できるので、画像表示装置はもちろん、さまざまな分野
で本発明に係る空間変調装置を適用することができる。
また、高速で動作させるために真空チャンバーなどの特
殊な設備は不要なので、低コストで高性能の空間変調装
置を提供することができる。

【００７３】さらに、スイッチング部を移動中のみなら
ず、オフ状態の第２の位置においても傾きた状態で停止
させておくことが可能である。スイッチング部を傾いた
状態で停止すれば、傾いた状態から平行な状態に戻す時
間および駆動力をさらに短縮することが可能であり、い
っそう動作速度が速く、応答性能の良い空間光変調装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るエバネセント
光を用いた光スイッチング素子の概要を示す図であり、
図１（ａ）はスイッチング部が第１の位置にあるオン状
態を示し、図１（ｂ）はスイッチング部が第２の位置に
あるオフ状態を示す図である。

【図２】図１に示す光スイッチング素子のスイッチング
部の構成をアドレス電極の側から示す図である。

【図３】図１に示す光スイッチング素子において、オン
状態（第１の位置）からオフ状態（第２の位置）へ移動
する様子を順番に模式的に示す断面図である。

【図４】図１に示す光スイッチング素子において、アド
レス電極およびベース電極間の間隔を経過時間と共に示
す図であり、図４（ａ）はオンからオフに移行する経過
を示す、図４（ｂ）はオフからオンに移行する経過を示
す図である。

【図５】第１の実施の形態に係る異なった光スイッチン
グ素子の構成例を示す図である。

【図６】第１の実施の形態に係る、さらに異なった光ス
イッチング素子の構成例を示す図である。

【図７】第１の実施の形態に係る、さらに異なった光ス
イッチング素子の構成例を示す図である。

【図８】第１の実施の形態に係る、さらに異なった光ス
イッチング素子の構成例を示す図である。

【図９】第１の実施の形態に係る、さらに異なった光ス
イッチング素子の構成例を示す図である。

【図１０】図１に示した光スイッチング素子において、
第１の方向に対し傾いた状態で第２の位置に停止する例
を示す図である。

【図１１】図１０に示した光スイッチング素子のさらに
異なる例を示す図である。

【図１２】図１０に示した光スイッチング素子のさらに
異なる例を示す図である。

【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る光スイッチ
ング素子の概略構成を示す図であり、重心の位置をずら
した例を示す図である。

【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る光スイッチ
ング素子の概略構成を示す図であり、アドレス電極の形
状を非対称にした例を示す図である。

【図１５】図１４に示した第３の実施の形態に係る光ス
イッチング素子の異なる例を示す図である。

【図１６】図１４に示した第３の実施の形態に係る光ス
イッチング素子のさらに異なる例を示す図である。

【図１７】図１４に示した第３の実施の形態に係る光ス
イッチング素子のさらに異なる例を示す図である。

【図１８】本発明の第４の実施の形態に係る電極を分割
した光スイッチング素子の例を示す図である。

【図１９】図１８に示す光スイッチング素子の動作を示
す図であり、第１の位置および第１の位置から移動開始
後の状態を示す図である。

【図２０】図１８に示す光スイッチング素子の動作を示
す図であり、移動中および第２の位置で停止した状態を
示す図である。

【図２１】図１８に示した光スイッチング素子の制御動
作を示すタイムチャートである。

【図２２】図１８に示した第４の実施の形態に係る光ス
イッチング素子の異なる例を示す図であり、第１の位置
および第１の位置から移動開始後の状態を示す図であ
る。

【図２３】図２２に続き、移動中および第２の位置で停
止した状態を示す図である。

【図２４】図２２および２３に示す光スイッチング素子
の制御動作を示すタイミングチャートである。

【図２５】従来の液晶を用いた光スイッチング素子を示
す図である。

【符号の説明】

１０・・空間光変調装置 １２・・区画 １４・・立体中心線 １４ｂ・・重心 １６・・空気 ２０・・導光部（カバーガラス） ２２・・全反射面 ３０・・スイッチング部 ３１・・バランサー ３２・・抽出面 ３３・・マイクロプリズム ３７・・底面 ３８・・隙間 ４０・・駆動部 ４１・・ポスト ４２・・アドレス電極（第１の電極） ４６・・ベース電極（第２の電極） ４８・・ストッパ ４９・・絶縁部材 ５０、５２・・ヨーク ６０・・ＩＣチップ ６１・・直流電源部 ６２、６３・・電源ユニット ６６・・コントロールユニット ７０・・入射光 ７２・・出射光 ９０８・・偏光板 ９０３・・ガラス板 ９０４、９０５・・透明電極 ９０６、９０７・・液晶

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面要素を備えたスイッチング部と、 このスイッチング部を前記平面要素が第１の方向を向く
   第１の位置、およびこの第１の位置から離れた第２の位
   置に移動可能な駆動手段とを有し、 この駆動手段は、前記スイッチング部の平面要素の向き
   を、移動初期、移動中または移動末期に、前記第１の方
   向に対し傾けることを特徴とする空間光変調装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記スイッチング部
   の平面要素に前記第１の位置で接し、該平面要素の向き
   を前記第１の方向に規定する平面部材を有することを特
   徴とする空間光変調装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記駆動手段は、前
   記スイッチング部に対し、その重心に対し非対称な分布
   を備えた駆動力を印加可能であることを特徴とする空間
   光変調装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記スイッチング部
   の重心が該スイッチング部の立体中心からずれているこ
   とを特徴とする空間光変調装置。
5. 【請求項５】 請求項３において、前記駆動手段は、前
   記スイッチング部を弾性的に支持する支持部材を備えて
   おり、この支持部材は、弾性定数の分布が前記スイッチ
   ング部の重心に対し非対称となる部分を具備しているこ
   とを特徴とする空間光変調装置。
6. 【請求項６】 請求項３において、前記駆動手段は、前
   記スイッチング部に設けられた第１の電極と、この第１
   の電極に対峙する位置に設けられた第２の電極とを備え
   ており、前記第１の電極の形状、第２の電極の形状、ま
   たは第１および第２の電極の間隔が前記スイッチング部
   の重心に対し非対称となる部分を具備していることを特
   徴とする空間光変調装置。
7. 【請求項７】 請求項３において、前記駆動手段は、前
   記スイッチング部に設けられた第１の電極と、この第１
   の電極に対峙する位置に設けられた第２の電極とを備
   え、前記第１または第２の電極が前記スイッチング部の
   重心に対し非対称な形状の第１および第２の区画を形成
   するように分割されており、さらに、 前記第１および第２の区画に異なったタイミングまたは
   電圧の電力を供給可能な電力供給部を備えていることを
   特徴とする空間光変調装置。
8. 【請求項８】 請求項１において、前記スイッチング部
   の平面要素は、前記第２の位置で前記第１の方向に対し
   傾いていることを特徴とする空間光変調装置。
9. 【請求項９】 請求項８において、前記駆動手段は、前
   記スイッチング部を弾性的に支持する支持部材を備えて
   おり、この支持部材は、弾性定数の分布が前記スイッチ
   ング部の重心に対し非対称となる部分を具備しているこ
   とを特徴とする空間光変調装置。
10. 【請求項１０】 請求項８において、前記駆動手段は、
    前記スイッチング部に設けられた第１の電極と、この第
    １の電極に対峙する位置に設けられた第２の電極とを備
    えており、前記第１および第２の電極の間隔が前記スイ
    ッチング部の重心に対し非対称となる部分を具備してい
    ることを特徴とする空間光変調装置。
11. 【請求項１１】 請求項８において、前記スイッチング
    部が前記第２の位置で接触する支持台を有し、この支持
    台と前記スイッチング部との間隔が前記スイッチング部
    の重心に対し非対称となる部分を具備していることを特
    徴とする空間光変調装置。
12. 【請求項１２】 平面要素を備えたスイッチング部を前
    記平面要素が第１の方向を向く第１の位置と、この第１
    の位置から離れた第２の位置とに移動可能な空間変調装
    置の制御方法であって、 前記スイッチング部に設けられた第１の電極、または、
    この第１の電極に対峙する位置に設けられた第２の電極
    が前記スイッチング部の重心に対し非対称な形状に分割
    された第１および第２の区画に対し、異なったタイミン
    グまたは電圧で電力を供給する工程を有することを特徴
    とする空間変調装置の制御方法。